Antene si adaptari.Antene si adaptari.

Ziua Mondiala a Radioamatorilor18 aprilie 2011

Balica Nicolae, YO2MLG

Club Sportiv RadioclubADMIRA

SIMPOZION

• Am conceput aceasta prezentare fara a intra prea mult in teoria antenelor, eu nefiind un specialist.

• Doresc sa descriu in cateva cuvinte antenele si adaptoarele realizate de mine.

• Ele au avantajul ca sunt simplu de realizat, la un cost minim.

• Pe parcurs, cateva generalitati de ordin tehnic vor fi mentionate.

• Antena este un dispozitiv care permite transmiterea si receptionarea la distanta a undelor electromagnetice

• La emisie aceasta transforma curentul de inalta frecventa generat de emitator, in unde electromagnetice.

• La receptie aceasta transforma undele electromagnetice in curent de inalta frecventa, care va fi prelucrat de partea de receptie a transceiverului.

Caracteristicile antenei :• Banda de frecventaBanda de frecventa: antena se comporta ca un circuit

rezonant. In raport cu frecventa centrala, se tolereaza un minim si un maxim. Distanta dintre maxim si minim este banda de trecere.

• Impedanta: rezistenta complexa care este vazuta de etajul final al emitatorului.

• PolarizareaPolarizarea: verticala, orizontala, eliptica si circulara • Diagrama de radiatieDiagrama de radiatie: permite vizualizarea lobilor de radiatie

in trei dimensiuni.• CastigulCastigul: dBi = castigul unei surse izotropice ( o antena

teoretica fara dimensiuni) dBd= castigul unui dipol (0db=2,15dBi)Obs.:este important sa facem deosebirea intre cele doua valori pt a nu cadea in plasa comerciantilor care sustin ca vand antene cu un castig miraculos.

Exemple de antene :

bifilarebifilare

monofilaremonofilare

directionaledirectionale

SWRSWR (raportul de unde stationare)

• Masurarea SWR-ului ne permite evaluarea tranferul de energie intre un emitator si antena, altfel spus este un mod de a cunoaste gradul de adaptare a unei linii cu antena si procentul de putere transmis

• SWR-ul nu este un element fundamental pentru a caracteriza o antena pt ca nu spune nimic despre cum rezoneaza antena.

Pierderile la 100W in functie de adaptarea anteneiPierderile la 100W in functie de adaptarea anteneiSWR Impedanta[ohmi] Pierdere [W]

1/1   50   0

1.1/1   55   0,2

1.2/1   60   0,8

1.3/1   65   1,7

1.4/1   70   2,8

1.5/1   75   4

1.6/1   80   5,3

1.7/1   85   6,7

1.8/1   90   8,2

1.9/1   95   9,6

2/1   100   11,1

2.1/1   105   12,6

2.2/1   110   14,1

2.3/1   115   15,5

2.4/1   120   16,9

2.5/1   125   18,3

2.6/1   130   19,7

2.7/1   135   21,5

2.8/1   140   22,5

2.9/1   145   23,7

3/1   150   25

Antena DIPOLAntena DIPOL• Este cea mai raspandita in domeniul emisiilor de

amatori.

• Ea este formata dintr-un conductor sub forma de fir, alimentat la mijloc unde curentul este maxim, tensiunea minima iar impedanta in jurul valorii de 65 ohmi.

• Intinsa in plan orizontal, la minim o jumatate de lungime de unda fata de pamant, ea va putea fi utilizata pentru legaturi la mare distanta.

• Cu cat se micsoreaza distanta dintre antena si pamant cu atat scade distanta la care vom putea folosii eficient antena.

• O alta solutie este de a o monta in "V inversat" cu centrul in sus si extremitatile la 2 metri de sol.

• Tensiunea fiind foarte mare la extremitati, exista riscul de accidente.

• Unghiul trebuie sa fie de circa 120 grade pt o impedanta de 50 ohmi. Cu cat micsoram unghiul impedanta scade.

• Trebuie acordata o atentie speciala lungimii totale a firului in concordanta cu frecventa de rezonanta

Dimensiunile aproximative ale unui dipol in Dimensiunile aproximative ale unui dipol in functie de frecventa de lucrufunctie de frecventa de lucru

Frecventa [MHz]Frecventa [MHz] Dipol orizontal[m]Dipol orizontal[m] "V" intors[m] "V" intors[m]

1,830 79,61 77,58

3,650 39,91 38,82

7,050 20,66 19,27

10,100 14,42 13,45

14,200 10,26 9,57

21,100 6,9 6,45

24,940 5,84 5,45

28,100 5,18 4,8

28,500 5,11 4,87

29,500 4,93 4,61

• Lungimea se ajusteaza egal din ambele capete pt frecventa de rezonanta dorita.

• Cu cat scurtam mai mult cu atat rezoneaza mai sus in frecventa.

• Ce distanta poate parcurge o unda de inalta frecventa la un dipol in lamda/2 orizontal ?

• Undele de sol sunt cele ce se propaga si raman aproape de suprafata pamantului. Ele sunt absorbite de sol foarte repede, cu atat mai mult cele de o frecventa ridicata.

• Bineinteles ca relieful dintre antena de emisie si cea de receptie este determinant.

• In functie de banda, iata cateva distante de propagare :

80m - 100km 40m - 75km 30m - 50km

• Concluzionam ca undele de sol nu sunt eficiente

Moduri de propagare

Propagarea ionosferica

• cu cat ne indepartam de pamant si pana la aproximativ 420km intalnim straturile ionizate :

• -60-90km altitudine stratul D• -100-115km stratul E• -160-420km straturile F1 si F2 care pe timpul noptii fuzioneaza in stratul F si este cel mai

important pt radioamatori in undele scurte (160-80-40m)

• O unda, in functie de frecventa si unghiul cu care penetreaza stratul ionosferic poate:

• -sa traverseze complet stratul ionosferic cum sunt undele UHF

• -sa fie reflectate spre sol intr-un oarecare unghi.

• Daca reflexia ionosferica din stratul F2 este posibila putem obtine legaturi pana la 3000km cu un unghi de circa 10 grade

Antena Delta LoopAntena Delta Loop

• Este tipul de antena pe care o utilizez intre 160m si 20m. Usor de realizat, cu costuri mici, este foarte eficienta atat la receptie cat si la emisie. Am realizat un delta loop pt fiecare banda.

• Ele sunt alimentate in coltul de sus printr-un balun de curent 2:1 urmat de un balun 1:1 de tensiune iar coborarea se face cu cablu de 50ohmi , varful se afla la 16m iar baza la circa 6m, triunghiul este echilateral.

• Semnalul, pe S-metru, atat la receptie cat si la emisie este cu 1-2 puncte in plus fata de dipol.

• O conditie necesara pt performanta este situarea la minim 15m de sol care trebuie sa fie plat si de preferinta cu gazon.

Adaptarea antenelorAdaptarea antenelor• Balunul transforma un semnal simetric intr-un

semnal asimetric sau invers. De aici si numele Bal-Un balanced-unbalanced , balansat-nebalansat.

• Balunul nu este altceva decat un transformator. El are cel putin un primar si cel putin un secundar cuplate cu ajutorul uni miez magnetic (ferita, tola ….) Transformatoarele de joasa frecventa au primarul si secundarul obligatoriu separate (securitatea utilizatorului).

• Balunul este realizat dupa principiul autotransformatorului adica infasurare comuna pt primar si secundar (o singura infasurare cu priza intermediara sau mai multe)

• Simetrizarea este constituita de un ansamblu de puncte avand potential 0V

• Daca masuram tensiunea in fiecare punct a unui semnal asimetric, constatam ca el este intotdeauna pozitiv sau intotdeauna negativ in raport cu masa.

• Daca masuram tensiunea in fiecare punct a unui semnal simetric, constatam ca jumatate din puncte au un potential negativ iar jumatate pozitiv in raport cu masa.

• Un semnal emis de un emitator care ajunge la antena printr-un cablu coaxial, asimetric (in comparatie cu un cablu bifilar, panglica de exemplu) va fi asimetric. Daca antena este simetrica, in cazul nostru un dipol in lambda/2, echipamentul nu are de suferit insa sunt mari sanse sa genereze perturbatii electromagnetice mai ales la posturile de televiziune

• Din acest motiv sau construit balunurile. Cum acestea sunt construite pornind de la un bobinaj, este util, la nevoie sa se combine bobina de simetrizare cu adaptarea de impedanta.

Pt o buna intelegere a ceeace se intampla cand alimentam un dipol(simetric) cu un cablu coaxial(nesimetric) trebuie sa urmarim circulatia curentilor in acest sistem.

• In ARRRL Antenna Book la capitolul 26-17 exista o explicatie foarte simpla:

• Schema reprezinta reprezinta un coaxial legat la TX pe o parte si la un dipol in jumatate de unda de cealalta parte.

• Se constata ca o parte a curentului ce circula prin interiorul tresei spre antena se intoarce spre TX pe exteriorul tresei.

• Consecinta acestui curent este ca antena nu va fi bine alimentata ceea ce nu este tragic insa cablul va rezona ca un fir lung care cauzeaza interferente radioelectrice.

Exista doua metode de simetrizare: in curent si in tensiune

• Cel mai simplu mod de a elimina curentii paraziti este de a realiza o bobina de soc.

• Acesta se realizeaza infasurand cablul coaxial de coborare pt a realiza o bobina cat mai aproape de antena.

• Inductanta acestei bobine va elimina marea parte a curentului parazit.

• O atentie deosebita va trebui acordata greutatii acesei bobine si asigurarea ei fizica.

• In tabelul din dreapta sunt diametrele pt bobine in functie de coaxial si frecventa utilizata.

• Cablu RG213, RG8 ...

• Cablu RG58

• Indiferent de tipul cablului, balun de banda larga

Simetrizorul in aerSimetrizorul in aer (fara ferita)

• Aplicatia principala a balunului cu 3 fire, in aer este alimentarea unui dipol in jumatate de unda

• Avantajele acestui balun : usurinta realizarii, cost redus

• Dezavantaje : este greu, are multe spire pt a putea lucra in frecvente joase, nu rezoneaza foarte bine

Realizare practicaRealizare practica

1:1 3-30Mhz 1KW1:1 3-30Mhz 1KW• Pe un tub de plastic cu

diametrul de 26mm si lung de 120mm bobinam 17 spire cu 3 fire de Cu emailat de 1,5mm dupa schema de mai sus.

• Este un balun realizat in urma multor experimente.

In curs de a fi ridicat pe pilon

Simetrizorul si adaptorul de Simetrizorul si adaptorul de impedanta pe ferita magneticaimpedanta pe ferita magnetica

• autotransformator ca simetrizor fara transformarea impedantei adica cu raport 1:1 unde primarul si secundarul au numar de spire egal.

• in primar (asimetric) masa este situata la unul din capetele infasurarii

• in secundar (simetric), masa este situata la mijlocul infasurarii.

• Raportul impedantei este egal cu patratul raportului de transformare

• Dupa acest pricipiu putem construi orice balun dorim :

1:1 1:1 1:41:4

1:1.5 1:1.5 1:2 1:2 1:61:6 1:91:9

1:11:1

Numarul de spire necesar la realizarea diferitelor rapoarte de transformare cu un inel Micrometals T157-2

Raportul de transformare Numarul de spire in primar si impedanta

Raportul numarului de spire primar/secundar

Numarul de spire in secundar si impedata

1:1 10 - 50Ohmi 1 10 - 50 Ohmi

1:1,5 10 - 50Ohmi 1,225 12 - 75 Ohmi

1:2 10 - 50Ohmi 1,414 14 - 100 Ohmi

1:4 10 - 50Ohmi – 75 Ohmi 2 20 - 200 Ohmi - 300 Ohmi

1:6 10 - 50Ohmi 2,45 25 - 300 Ohmi

1:9 10 - 50Ohmi 3 30 - 450 Ohmi

Inele de radiofrecventa uzuale:Inele de radiofrecventa uzuale:• T-80-2 60 watts• T-106-2 100 watts• T-130-2 150 watts• T-157-2 250 watts• T-200-2 400 watts• T-200A-2 400 watts• T400-2 1000 watts

Balunul de curent este de preferat celui Balunul de curent este de preferat celui de tensiunede tensiune

Balunul de tensiuneBalunul de tensiune • este de obicei utilizat

pentru sarcini mai mari de 50Ohmi. Sunt posibile multe rapoarte de impedanta

• asigura mentinera constanta a tensiunii la iesirea lor

• nu exista protectie contra curentilor care circula pe exteriorul coaxialului

• poate fi combinat cu un balun de curent

Balunul de curentBalunul de curent• creaza o rezistenta pe

exteriorul cablului coaxial• este numit soc de mod

comun• diminueaza radiatia

coaxialului si captarea de semnale

• stabilizeaza impedanta antenei si poate diminua zgomotul Rx

• se realizeaza 50:50 ohmi si 50:200 ohmi

Cablul coaxial de coborareCablul coaxial de coborare

• Doresc sa va informez despre diferentele intre 2 tipuri de cablu de 50ohmi si cateva detalii despre un cablu care merita amintit: H1000

• H1000 este un tip de cablu cu izolatie semi-aer cu pierderi mici. O ecranare foarte buna este data de o foita de cupru si o tresa de cupru

• Performeaza si la puteri de 2000W

Pentru o putere de emisie 100WPentru o putere de emisie 100Wla o lungime a cablului de 40m exista:la o lungime a cablului de 40m exista:

MHz RG 213 H 1000 Gain

28 72 w 83 w +15%

144 46 w 64 w +39%

432 23 w 46 w +100%

1296 6 w 24 w +300%

Atenuare in dB/100m   RG 213 H 1000

28 MHZ   3,6 dB 2,0 dB

144 MHz   8,5 dB 4,8 dB

432 MHz   15,8 dB 8,5 dB

1296 MHz   31,0 dB 15,7dB

Putere maxima (FM)   RG 213 H 1000

28 MHZ   1800 w 2200 w

144 MHz   800w 950 w

432 MHz   400w 530 w

1296 MHz   200w 310 w

Diametru   RG 213 H 1000

ø total exterior   10,3 mm 10,3 mm

ø fir central   7x0,75=2,3 mm 2,62mm monofilar

Greutate   152g/m 140 g/m

Temperatura minima   -40 C -50 C

Unghi de curbura   100 mm 75 mm

Coeficient de velocitate   0,66 0,83

Culoare   negru negru

Capacitate   101 pF/m 80 pF/m

Va multumesc!Va multumesc!